תורת היחסות הכללית, תורת הכובד של איינשטיין, נותנת לנו בסיס שימושי למודל מתמטי של היקום בקנה מידה גדול - בעוד שתורת הקוונטים מעניקה לנו בסיס שימושי למודל של פיזיקת חלקיקים תת אטומיים והפיזיקה הצפויה בקנה מידה קטן וצפיפות אנרגיה גבוהה של היקום המוקדם - ננו-שניות אחרי המפץ הגדול - שתורת היחסות הכללית רק מתארת כייחודיות ואין לו שום דבר אחר לומר בעניין.
יש אולי לומר יותר לתיאוריות הכבידה הקוונטית. על ידי הרחבת תורת היחסות הכללית למבנה כמותי לזמן-חלל, אולי נוכל לגשר על הפער בין פיזיקה בהיקף גדול וגדול. לדוגמה, יש יחסיות מיוחדת כפליים.
בעזרת היחסות המיוחדת המקובלת, שתי מסגרות התייחסות אינרציאליות שונות עשויות למדוד את המהירות של אותו אובייקט בצורה שונה. לכן, אם אתה ברכבת וזורק כדור טניס קדימה, אתה עלול למדוד אותו נע במהירות של 10 קמ"ש. אבל מישהו אחר שעומד על הרציף של תחנת הרכבת צופה ברכבת שלך עוברת במהירות של 60 קמ"ש, מודד את מהירות הכדור ב 60 + 10 - כלומר 70 קמ"ש. תן או קח כמה ננומטרים לשנייה, שניכם צודקים.
עם זאת, כפי שציין איינשטיין, עשה את אותו ניסוי בו אתה מאיר קרן לפיד, במקום לזרוק כדור, קדימה על הרכבת - גם אתה ברכבת וגם האדם על הרציף מודדים את מהירות קרן הלפיד כמהירות האור - בלי 60 הקילומטרים נוספים לשעה - ושניכם צודקים.
מסתבר שבאדם שעל הרציף, מרכיבי המהירות (המרחק והזמן) משתנים ברכבת כך שמתרחקים המרחקים ומורחבים את הזמן (כלומר שעונים איטיים יותר). ועל פי המתמטיקה של טרנספורמציות לורנץ, ההשפעות הללו נעשות ברורות יותר ככל שהמהלך הולך לרכבת. מסתבר שגם מסת העצמים ברכבת גדלה - למרות שלפני שמישהו ישאל, הרכבת לא יכולה להפוך לחור שחור אפילו ב 99.9999 (וכו ') אחוז ממהירות האור.
כעת, תורת היחסות המיוחדת כפליים, מציעה שלא רק שמהירות האור תמיד זהה ללא קשר למסגרת ההתייחסות שלך, אלא שגם יחידות המסה והאנרגיה של פלאנק הן תמיד זהות. המשמעות היא שהשפעות יחסיות (כמו מסת שנראית גוברת ברכבת) אינן מתרחשות בסולם פלאנק (כלומר קטן מאוד) - אם כי בקנה מידה גדול יותר, יחסות מיוחדת כפליים צריכה לספק תוצאות שלא ניתן להבחין ביחסות מיוחדת קונבנציונאלית.
תורת היחסות המיוחדת כפליים עשויה להכליל גם לכיוון תיאוריה של כוח הכבידה הקוונטי - שכאשר מורחבת מסולם פלאנק, אמורה לספק תוצאות שלא ניתן להבחין ביחס ליחסות הכללית.
מתברר כי בסולם פלאנק e = m, אף על פי בקנה מידה מאקרו e = mc2. בסולם פלאנק, מסת פלנקק היא 2.17645 × 10-8 ק"ג - כביכול מסה של ביצת פרעוש - ויש לו רדיוס שוורצשילד באורך פלאנק - כלומר שאם דוחסים את המסה הזו לנפח כה זעיר הוא היה הופך לחור שחור קטן מאוד המכיל יחידת אנרגיה אחת של פלאנק.
אם לומר זאת אחרת, בסולם פלנק, כוח המשיכה הופך לכוח משמעותי בפיזיקת הקוונטים. אם כי באמת, כל מה שאנחנו אומרים זה שיש יחידת פלאנק אחת של כוח כבידה בין שתי מסות פלאנק כשהן מופרדות על ידי אורך פלאנק - ואגב, אורך פלאנק הוא המרחק שאור נע בתוך יחידה אחת של זמן פלאנק!
ומכיוון יחידת אנרגיה אחת של פלאנק (1.22 × 1019 GeV) נחשבת לאנרגיה המרבית של חלקיקים - מפתה לקחת בחשבון שזה מייצג תנאים הצפויים בתקופת פלאנק, בהיותו השלב הראשון של המפץ הגדול.
הכל נשמע מלהיב להחריד, אבל ביקורת על קו מחשבה זה הייתה סתם טריק כדי לגרום למתמטיקה לעבוד טוב יותר, על ידי הסרת מידע חשוב על המערכות הפיזיות הנחשבות. אתה מסתכן גם תחת ערעור עקרונות היסוד של היחסות הקונבנציונאלית שכן, כפי שנאמר במאמר להלן, אורך פלאנק יכול להיחשב קבוע בלתי פוסק בלתי תלוי למסגרת ההתייחסות של הצופה בעוד מהירות האור אכן משתנה בצפיפות אנרגיה גבוהה מאוד.
אף על פי כן, מכיוון שאפילו קולידר גדול-הדרון לא צפוי לספק ראיות ישירות לגבי מה שעשוי לקרות בסולם פלאנק או שעשוי להתרחש - נכון לעכשיו נראה כי שיפור העבודה במתמטיקה טוב יותר נראה הדרך הטובה ביותר קדימה.
לקריאה נוספת: ג'אנג ואח '. פוטו-תרמודינמיקה של גז ביחסות מיוחדת כפולה.
